RU2797707C2 - Pneumatic radial tire for passenger cars and light trucks - Google Patents

Abstract

FIELD: automobile pneumatic passenger tires of radial design.

SUBSTANCE: maximum load of the tires does not exceed 925 kg. The tire consists of a tread, a carcass made of textile cords, sidewalls, a rubberized breaker bracelet consisting of one or two textile layers and two layers of rubberized metal cord, a sealing layer and a technological layer, as well as a side part, which in turn consists of bead rings obtained by assembling individual rubber-coated bronzed wires of 0.965 BP grade. The tire is distinguished by the assembly of bead rings from individual bronzed wires into a strand with a step exactly in the centre, with heating and rubberizing the wire in the insulating head of the pin extruder, making the bead ring from high-strength wire of the same diameter of 0.965±0.03 mm, linear density of 5.73±0.37 g/m, breaking load not less than 1535 N, with bronze coating, weight of 0.5±0.2 g/kg and mass fraction of tin in bronze coating of 1.25±0.75%, with the bond strength of the wire with the industrial rubber compound of at least 175 N/12.5 mm.

EFFECT: increased strength of the tire.

1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к пневматическим легковым шинам радиальной конструкции, максимальная нагрузка которых более 925 кг, а также ко всем легкогрузовым шинам радиальной конструкции, бортовая часть которых состоит из бортового кольца, полученного путем прядной навивки, одного или двух слоев обрезиненного текстильного корда, покровной резины (бортовая лента), герметизирующего слоя и технологической прослойки.The invention relates to pneumatic car tires of radial design, the maximum load of which is more than 925 kg, as well as to all light truck tires of radial design, the bead part of which consists of a bead ring obtained by strand winding, one or two layers of rubberized textile cord, cover rubber (bead tape), sealing layer and technological layer.

Известны технические решения пневматических легковых шин с металлокордными и текстильными слоями в брекере: патент РФ № 2562657 на изобретение «Большегрузная пневматическая шина» опубл. 10.09.2015, патент РФ № 2662890 на изобретение «Шина для колес транспортных средств большой грузоподъемности» опубл. 31.07.2016, патент РФ № 2652764 на изобретение «Бортовое проволочное кольцо для шины, шина и способ её изготовления» опубл. 28.04.2018.Known technical solutions for pneumatic passenger tires with metal cord and textile layers in the breaker: RF patent No. 2562657 for the invention "Heavy duty pneumatic tire" publ. 09/10/2015, RF patent No. 2662890 for the invention "Tyre for wheels of heavy-duty vehicles" publ. 07/31/2016, RF patent No. 2652764 for the invention "Bead wire ring for a tire, tire and method for its manufacture" publ. 04/28/2018.

Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту № 2652764 на изобретение «Бортовое проволочное кольцо для шины, шина и способ её изготовления», согласно которому бортовое проволочное кольцо для шины имеет вид витка вокруг оси, содержит несколько витков по меньшей мере одной проволоки, которые расположены в аксиальном направлении рядом друг с другом в N-слоях, наложенных в радиальном направлении друг на друга, отличающееся тем, что оно содержит базовое бортовое проволочное кольцо шестиугольного сечения, содержащее:The closest analogue to the developed solution is the technical solution according to patent No. 2652764 for the invention "Bead wire ring for a tire, tire and method for its manufacture", according to which the bead wire ring for a tire has the form of a coil around an axis, contains several turns of at least one wire , which are located in the axial direction next to each other in N-layers superimposed in the radial direction on each other, characterized in that it contains a base bead wire ring of hexagonal cross section, containing:

- радиально наружный слой из N1 витков;- radially outer layer of N1 turns;

- радиально внутренний слой из N1 витков;- radially inner layer of N1 turns;

- два аксиально и радиально наружных боковых ряда из N2 витков, противоположные друг другу в аксиальном направлении;- two axially and radially outer side rows of N2 turns, opposite each other in the axial direction;

- два аксиально наружных и радиально внутренних боковых ряда из N2 витков, противоположные друг другу в аксиальном направлении, при этом N1=N2+1 или N1=N2;- two axially outer and radially inner side rows of N2 turns, opposite each other in the axial direction, while N1=N2+1 or N1=N2;

- два места перехода, каждое из которых образовано витком, который является общим для аксиально и радиально наружного бокового ряда и аксиально наружного и радиально внутреннего бокового ряда, при этом каждый общий виток, образующий каждое место перехода, не имеет никакого витка проволоки, расположенного в аксиальном направлении снаружи него, при этом бортовое проволочное кольцо для шины содержит по меньшей мере два аксиально и радиально наружных дополнительных боковых ряда, при этом каждый аксиально и радиально наружный дополнительный боковой ряд соответственно по существу параллелен каждому аксиально и радиально наружному боковому ряду.- two transition points, each of which is formed by a coil that is common to the axially and radially outer side row and the axially outer and radially inner side row, while each common coil forming each transition point does not have any coil of wire located in the axial direction outside it, wherein the bead wire ring for the tire comprises at least two axially and radially outer additional side rows, each axially and radially outer additional side row, respectively, being substantially parallel to each axially and radially outer side row.

Шина по прототипу содержит по меньшей мере один борт, содержащий по меньшей мере одно бортовое проволочное кольцо с указанной конструкцией, каркасный усилитель, содержащий по меньшей мере один слой каркаса, закрепленный в каждом борту посредством заворота вокруг бортового проволочного кольца. По способу изготовления шины по прототипу бортовое проволочное кольцо размещают на слое каркаса; часть слоя каркаса загибают вокруг бортового проволочного кольца; слой каркаса и бортовое проволочное кольцо поворачивают относительно друг друга.The prototype tire contains at least one bead containing at least one bead wire ring with the specified design, a carcass reinforcement containing at least one carcass ply fixed in each bead by wrapping around the bead wire ring. According to the prototype tire manufacturing method, the bead wire ring is placed on the carcass ply; part of the carcass layer is folded around the bead wire ring; the carcass layer and the bead wire ring are rotated relative to each other.

Недостатками данных решений являются недостаточная работоспособность шин, низкое натяжение борта шины на ободе, а также низкие адгезионные свойства материалов в борте шин.The disadvantages of these solutions are insufficient tire performance, low tire bead tension on the rim, and low adhesive properties of materials in the tire bead.

Задачей данного изобретения является разработка пневматической радиальной легковой шины с увеличенной общей работоспособностью, обеспечивающейся комбинацией конструктивных параметров бортовых колец в шине, характеристик примененной бортовой проволоки, в сочетании с повышенными адгезионными свойствами бортовой проволоки как к резиновой смеси для обрезинивания прядей бортового кольца, так и к смежным резиновым смесям каркаса и наполнительного шнура в шине, что приводит к увеличению общей работоспособности шины, а также увеличению упругости обрезиненного бортового кольца и жесткостных характеристик, необходимых для обеспечения достаточного натяжения борта шины на ободе, изобретение расширяет арсенал технических средств.The objective of this invention is to develop a pneumatic radial passenger tire with increased overall performance, provided by a combination of design parameters of the bead rings in the tire, the characteristics of the applied bead wire, in combination with increased adhesive properties of the bead wire both to the rubber compound for rubberizing the bead ring strands, and to adjacent rubber mixtures of the carcass and the filler cord in the tire, which leads to an increase in the overall performance of the tire, as well as an increase in the elasticity of the rubberized bead ring and the stiffness characteristics necessary to ensure sufficient tire bead tension on the rim, the invention expands the arsenal of technical means.

Для достижения поставленной задачи разработана конструкция пневматической легковой шины, состоящей из протектора (1), каркаса, выполненного из текстильных кордов (2, 3), боковин (4), обрезиненного брекерного браслета, состоящего из одного или двух текстильных слоев (6) и двух слоев обрезиненного металлического корда (7), герметизирующего слоя (8) и технологической прослойки (9), а также бортовой части, которая в свою очередь состоит из бортовых колец (5), полученных путем сборки отдельных бронзированных проволок марки 0,965 БП в прядь с соответствующим шагом точно по центру, с подогреванием и обрезиниванием в изолирующей головке штифтового экструдера, с целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера, причем бортовое кольцо выполнено из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965 ± 0,03 мм, линейной плотностью 5,73 ± 0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5 ± 0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25 ± 0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм. Конструкция шины приведена на Фиг. 1.To achieve this task, the design of a pneumatic passenger tire has been developed, consisting of a tread (1), a carcass made of textile cords (2, 3), sidewalls (4), a rubberized breaker bracelet, consisting of one or two textile layers (6) and two layers of rubberized metal cord (7), sealing layer (8) and technological layer (9), as well as the bead part, which in turn consists of bead rings (5), obtained by assembling individual bronzed wires of the 0.965 BP grade into a strand with the corresponding step exactly in the center, with heating and rubberizing in the insulating head of the pin extruder, in order to improve the adhesion between the wire and the insulating layer of the rubber mixture by reducing thermal shock in the area of the insulating extruder head, and the bead ring is made of high-strength wires of the same diameter 0.965 ± 0, 03 mm, linear density 5.73 ± 0.37 g/m, breaking load not less than 1535 N, with a bronze coating weighing 0.5 ± 0.2 g/kg and mass fraction of tin in the bronze coating 1.25 ± 0, 75%, with the bond strength of the wire with the industrial rubber compound of at least 175 N/12.5 mm. The tire design is shown in Fig. 1.

Шина удерживается на ободе колеса благодаря жесткому нерастяжимому борту, устройство которого показано на Фиг. 2. Необходимую прочность и жесткость борту придают крылья, основой которых являются бортовые кольца.The tire is held on the wheel rim by a rigid inextensible bead, the arrangement of which is shown in Fig. 2. The necessary strength and rigidity of the board is provided by the wings, which are based on the side rings.

Конструкция и число слоев бортовых колец в шине определяются расчетом МКЭ (методом конечных элементов) исходя из заданного внутреннего давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Бронзированная проволока несет основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая необходимые удерживающие усилия, достаточную окружную жесткость, износостойкость и сохранение заданной формы на ободе колеса. В разработанном решении применяется бортовая проволока марки 0,965 БП, применяемость которой ограничена максимальной нагрузкой на шину и не должна превышать 925 кг. The design and number of layers of bead rings in the tire are determined by the calculation of the FEM (finite element method) based on the given internal air pressure, load, type and purpose of the tire. The armored wire carries the main load during tire operation, providing the necessary holding forces, sufficient circumferential rigidity, wear resistance and maintaining a given shape on the wheel rim. The developed solution uses a bead wire of the brand 0.965 BP, the applicability of which is limited by the maximum load on the tire and should not exceed 925 kg.

Борт шины работает главным образом на растяжение. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в бортовом кольце растягивающие напряжения. Значительное влияние на работу бортового кольца и в целом борта шины оказывают диаметр проволоки, ее плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства, а также конструкция в зависимости от числа слоев и количества проволок в ряду. The tire bead works primarily in tension. These stresses arise, as a rule, as a result of air pressure and the action of centrifugal forces, which create tensile stresses in the bead ring. A significant influence on the operation of the bead ring and the tire bead as a whole is exerted by the diameter of the wire, its density, heat resistance and other physical and mechanical properties, as well as the design, depending on the number of layers and the number of wires in a row.

Для обеспечения повышенных технических характеристик шин современная бортовая проволока должна выдерживать высокую разрывную нагрузку при минимальной массе погонного метра (линейной плотности), иметь достаточный уровень прочности связи с резиной, обладать повышенным сопротивлением усталостному разрушению при циклических нагрузках.To ensure improved tire performance, modern bead wire must withstand a high breaking load with a minimum mass per meter (linear density), have a sufficient level of bond strength with rubber, and have an increased resistance to fatigue failure under cyclic loads.

Традиционно для армирования бортовых колец автомобильных шин применялась «классическая» бортовая латунированная проволока. Однако развитие технологии шинной промышленности диктует повышенные требования к армирующим материалам и на сегодняшний день стоит задача получить более высокий уровень прочности и при этом сохранить прежний уровень пластических свойств проволоки для армирования бортовых колец шин. В связи с этим активно начало применяться бронзирование проволоки.Traditionally, “classic” bead brass wire was used to reinforce the bead rings of automobile tires. However, the development of tire industry technology dictates increased requirements for reinforcing materials, and today the task is to obtain a higher level of strength and at the same time maintain the same level of plastic properties of wire for reinforcing tire bead rings. In this regard, wire bronzing began to be actively used.

Бортовая бронзированная проволока обладает более высоким комплексом прочностных и пластических свойств по сравнению с бортовой латунированной проволокой. Бронзовое покрытие наносится химическим способом путем одновременного осаждения меди и олова из одной ванны. Термообработка в данном случае проводится до нанесения покрытия и только с целью обеспечения заданного комплекса прочностных и пластических свойств проволоки, после которой следуют операции подготовки поверхности проволоки под покрытие.The onboard bronzed wire has a higher complex of strength and plastic properties in comparison with the onboard brassed wire. The bronze coating is applied chemically by simultaneously depositing copper and tin from the same bath. Heat treatment in this case is carried out before coating and only in order to ensure a given set of strength and plastic properties of the wire, after which the operations of preparing the wire surface for coating follow.

Именно заключительная операция термообработки холоднодеформированной проволоки позволяет повысить и достигнуть требуемых показателей пластичности, прямолинейности и при этом не сильно снизить прочностные характеристики.It is the final operation of heat treatment of cold-formed wire that makes it possible to increase and achieve the required indicators of plasticity, straightness, and at the same time not greatly reduce the strength characteristics.

Проведенные исследования показали, что при переходе на нанесение бронзового покрытия прочностные характеристики после низкотемпературного отжига не снижаются, а наоборот повышаются (временное сопротивление разрыву повышается в среднем на 50-80 МПа).The conducted studies have shown that when switching to applying a bronze coating, the strength characteristics after low-temperature annealing do not decrease, but rather increase (the tensile strength increases by an average of 50-80 MPa).

Адгезия проволоки обеспечивается за счет химического взаимодействия тонкого слоя оловянной бронзы с серой, входящей в состав резины, при этом образуется на поверхности контакта сталь-резина слой нестехиометрического сульфида меди (CuxS), который способствует механическому сцеплению резиновой смеси и образует очень прочное соединение. Адгезионные свойства бортовой проволоки, кроме химического состава покрытия, определяются ее микрорельефом (шероховатостью). Повышенная шероховатость проволоки может способствовать повышению сцепления окружающей резины с поверхностью бортовой проволоки.The adhesion of the wire is ensured by the chemical interaction of a thin layer of tin bronze with sulfur, which is part of the rubber, and a layer of non-stoichiometric copper sulfide (CuxS) is formed on the steel-rubber contact surface, which contributes to the mechanical adhesion of the rubber mixture and forms a very strong bond. The adhesive properties of the bead wire, in addition to the chemical composition of the coating, are determined by its microrelief (roughness). The increased roughness of the wire can increase the adhesion of the surrounding rubber to the surface of the bead wire.

Одним из путей повышения адгезионной связи проволока-резина, является увеличение интенсивности их межфазного взаимодействия, благодаря использованию реакционноспособных веществ в качестве промоторов адгезии. При термическом распаде модификаторов образуются активные низкомолекулярные продукты, способные вступать в реакции с эластомером и поверхностью проволоки, внося дополнительный вклад в адгезионные связи. За счёт модификации эластомерной матрицы улучшаются упруго-прочностные свойства резин в граничных областях, увеличивается густота пространственной сетки, обуславливающая возрастание прочности адгезионного соединения.One of the ways to increase the adhesive bond wire-rubber is to increase the intensity of their interfacial interaction, due to the use of reactive substances as adhesion promoters. During the thermal decomposition of modifiers, active low molecular weight products are formed that can react with the elastomer and the wire surface, making an additional contribution to adhesive bonds. Due to the modification of the elastomeric matrix, the elastic-strength properties of rubbers in the boundary areas are improved, the density of the spatial network increases, which causes an increase in the strength of the adhesive joint.

В резинокордных системах в качестве промотора адгезии получила широкое распространение адгезионно-активная модифицирующая система, в основе действия которой лежит реакция взаимодействия двухатомных ароматических спиртов с донорами метилена. Данная система используется для крепления резины к бортовой проволоке. Типичным представителем двухатомных ароматических спиртов в рецептуре резиновой смеси для изоляции бортовой проволоки является резорцин, в качестве донора метилена применяется гексаметоксиметилолмеламин.In rubber-cord systems, as an adhesion promoter, an adhesive-active modifying system has become widespread, the action of which is based on the reaction of the interaction of dihydric aromatic alcohols with methylene donors. This system is used to attach the rubber to the bead wire. Resorcinol is a typical representative of dihydric aromatic alcohols in the formulation of a rubber compound for bead wire insulation; hexamethoxymethylolmelamine is used as a methylene donor.

С целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси, бортовая проволока подогревается и обрезинивается в изолирующей головке штифтового экструдера, путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера.In order to improve the adhesion between the wire and the insulating rubber compound, the bead wire is heated and rubberized in the insulating die of the pin extruder, by reducing the thermal shock in the insulating die area of the extruder.

Конструктивные параметры бортовых колец в шине, характеристики примененной бортовой проволоки, в сочетании с использованием уникальных резин, позволяют достичь высоких прочностных характеристик, необходимых адгезионных свойств межфазных поверхностей в легковых радиальных шинах, как в связи бортовой проволоки с резиновой смесью для обрезинивания прядей бортового кольца, так и со смежными резиновыми смесями каркаса и наполнительного шнура в шине.The design parameters of the bead rings in the tire, the characteristics of the applied bead wire, in combination with the use of unique rubbers, make it possible to achieve high strength characteristics, the necessary adhesive properties of the interfacial surfaces in light radial tires, both in connection of the bead wire with the rubber mixture for rubberizing the bead ring strands, and and with adjacent carcass and filler rubber compounds in the tyre.

Для достижения технического результата разработана опытная резиновая смесь, обладающая высокой эластичностью, температуро- и теплостойкостью, со следующими прочностными показателями (значения приведены в таблице 1). To achieve the technical result, an experimental rubber compound has been developed that has high elasticity, temperature and heat resistance, with the following strength indicators (the values are given in table 1).

Таблица 1Table 1

По настоящему изобретению были изготовлены шины 175/65R14 и 205/55R16 с техническими решениями в бортах шин по данному изобретению, путем сборки отдельных бронзированных проволок марки 0,965 БП в прядь с соответствующим шагом точно по центру, с подогреванием и обрезиниванием в изолирующей головке штифтового экструдера, с целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера, причем бортовое кольцо выполнено из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965 ± 0,03 мм, линейной плотностью 5,73 ± 0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5 ± 0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25 ± 0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм.According to the present invention, tires 175/65R14 and 205/55R16 were manufactured with technical solutions in the tire beads according to this invention, by assembling individual bronze wires of the brand 0.965 BP into a strand with the appropriate pitch exactly in the center, with heating and rubberizing in the insulating head of the pin extruder, in order to improve adhesion between the wire and the insulating layer of the rubber compound by reducing thermal shock in the area of the insulating head of the extruder, and the bead ring is made of high-strength wires of the same diameter 0.965 ± 0.03 mm, linear density 5.73 ± 0.37 g/m , breaking load of at least 1535 N, with a bronze coating weighing 0.5 ± 0.2 g / kg and a mass fraction of tin in the bronze coating of 1.25 ± 0.75%, with a bond strength of the wire with the production rubber compound of at least 175 N /12.5 mm.

По итогам испытаний разработанные шины соответствуют требованиям Правил ООН № 30, №117 и в сравнении с прототипами обеспечивают увеличение характеристик борта (сил прижатия борта) (до +6%) не влияющих на способность шин к монтажу на обод, увеличение выносливости борта шины (до + 9%), а также снижение структурного шума за счет изменения жесткостных характеристик борта шины как передающей части между источником шума и ободом колеса, достигая заявленный технический результат всей заявляемой совокупностью существенных признаков данного изобретения. According to the test results, the developed tires comply with the requirements of UN Regulations No. 30, No. 117 and, in comparison with the prototypes, provide an increase in the bead characteristics (bead pressing forces) (up to + 6%) that do not affect the ability of tires to be mounted on a rim, an increase in tire bead endurance (up to + 9%), as well as reducing structural noise by changing the rigidity characteristics of the tire bead as a transmitting part between the noise source and the wheel rim, achieving the claimed technical result with the entire claimed set of essential features of this invention.

Разработанное решение может быть осуществлено на стандартном оборудовании с использованием стандартной технологии.The developed solution can be implemented on standard equipment using standard technology.

Claims (1)

Пневматическая радиальная легковая шина, состоящая из протектора, каркаса, выполненного из текстильных кордов, боковин, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из одного или двух текстильных слоев и двух слоев обрезиненного металлического корда, герметизирующего слоя и технологической прослойки, а также бортовой части, которая, в свою очередь, состоит из бортовых колец, полученных путем сборки отдельных обрезиненных бронзированных проволок марки 0,965 БП, отличающаяся сборкой бортовых колец из отдельных бронзированных проволок в прядь с шагом точно по центру, с подогреванием и обрезиниванием проволоки в изолирующей головке штифтового экструдера, выполнением бортового кольца из проволоки высокой прочности одинакового диаметра 0,965 ± 0,03 мм, линейной плотностью 5,73 ± 0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5 ± 0,2 г/кг и массовой долей олова в бронзовом покрытии 1,25 ± 0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм. Pneumatic radial passenger tire, consisting of a tread, a carcass made of textile cords, sidewalls, a rubberized breaker bracelet consisting of one or two textile layers and two rubberized metal cord layers, a sealing layer and a technological layer, as well as a bead part, which, in in turn, consists of bead rings obtained by assembling individual rubber-coated bronzed wires of the 0.965 BP brand, characterized by the assembly of bead rings from individual bronzed wires into a strand with a step exactly in the center, with heating and rubberizing the wire in the insulating head of the pin extruder, making the bead ring from high-strength wires of the same diameter 0.965 ± 0.03 mm, linear density 5.73 ± 0.37 g / m, breaking load of at least 1535 N, bronze-coated with a mass of 0.5 ± 0.2 g / kg and a mass fraction of tin in bronze coating 1.25 ± 0.75%, with the bond strength of the wire with the industrial rubber compound of at least 175 N/12.5 mm.

Images